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工具式应变计的动态校准方法及不确定度评定


第6   期 20 年 1 月 01 1

P A TC L E S R ME T  C N L G R C IA M A U E N T H O O Y E

No     

实用测试技术               

N v ,0 o .2 01

. 6

/>工具式应变计的动态校准方法及不确定度评定
朱沙 杨杰斌 黄勇 孙磊
( 中国测试技术研究院, 成都602) 1 1 0
摘要 本文阐述了应变计动态校准的原理和方法, 标 准动态应变装置的设计及不确定度评定。 关键词 应变计 动态校准

一个含几十到几百赫兹的谱信号。如图 2 所

1 前言
工具式应变计在基桩动测仪用于基桩承载      力的检测中,对承载力的判定,起着重要的作 用, 而基桩承载力是关系到房屋建设质量的大 事。长期以来, 应变计的灵敏度, 都是静态标 定动态使用。应变计的动态标定, 是始终没有 解决的难题。中国测试技术研究院受四川省建 设厅、四川省质量技术监督局的委托开展基桩 动测仪的检定/ 校准工作,因此我院对此问题 进行了深人细致的研究, 基本解决了工具式应 变计的动态校准问题。

示。 域信号f  的 谱为F  ) 其中F 时 ( 频 t ) O 。 W ( )  ( )  w < 二, j = j  ( 1 。) 而F  )  c F  o w 1 ( = j w 0 O l 。) 知, ( )由 w)> 。。已 F  j w 傅里叶反变
换, 也可求得 f 。它们具有一一对应关系。 ( t )
f  ) ( t

图 1 应变时域波形

2 工具式应变计在基桩承载力检
测中的数学模型
工具式应变计用于基桩承载力检测的基本      过程为重锤自由落下, 碰击基桩, 基桩受力产 生形变, 如图3 所示。锤击力通过测量基桩应 变求得, 即:
F 二E. ?        e A

图2 应变频谱                 

根据以上的推导,      工具式应变计对一百到
几百赫兹的幅频响应是否一致,就较为重要。

式中:

F ̄      -锤击力;

j# - / :\- 1
摧桩

E      一混凝土桩材弹性模量; A      一测点处桩截面积; 锤击力是一个瞬态力,      为半正弦波。应变 的波形较为复杂,与桩身、地基、承载力等有 关, 但也是一个瞬态信号。通过锤击力的检测 及碰撞时产生的瞬态加速度和其他关系, 可求 出基桩承载力的大小。应变计应正确反映此信 号。 对此信号作谱分析, 根据傅里叶变换得到
。2 .      4
万方数据

遨/
工式应变计

“实 应 。     值 一 测 变

t 也



图3 基桩承载力检测示意图

生形变, 但此方法, 重复性较差,经过大量实 验, 最终未予采用。经过一段时间的探索, 发 现用振动台来产生标准动态应变是较好的方 法, 量值也相当准确可靠。这样的考核方法也 吻合上一节对工具式应变计的分析,通过考察 在不同 频率点上应变计响应的一致性, 获知应 变计的动态性能。标准动态应变装置如图4 所
不 。

图4 动态应变发生装置               

因为依据傅里叶反变换,      如果工具式应变 计一百到几百赫兹的幅频响应不一致, 则时域 上的应变计输出的瞬态信号, 就没有客观、 真实 地反映基桩在重锤碰击下的反应, 而是有所扭 曲。因此, 我们认为工具式应变计的动态校准 十分重要的, 应变计的静态标定动态使用是不 可取的, 对应变计的特性考察也是很不充分的。

工具式应变计一端固      定在固定臂上, 此固 定臂尽量静止不动,另一端固定在振动台上, 振动台产生标准的正弦振动,产生动态位移 r 此位移通过激光测振仪测试, 。 分辩率可到

0I 固 .  定臂与振动台 为一固 距L t =, 之间 定间 ,
振动台围绕此点上下振动,因此动态应变为 r /

L固 , 定间距可以测得很准,误差不会超过 I  应变计安装孔距 7m , m, m 6 m 考虑到安装时 应变计与台体的垂直度等相关因素, 工具式应
变计的校准的不确定度为 5 这完全能够满 %, 足工程实践的需要。此外设计安装应变计支架 时还考虑了采用受力形变较小的材料。 当然,固定臂完全静止不动是不可能的,      因此,固定臂可采用激光检测监测其振动情 况, 用计算机作出综合分析。

3 工具式应 变计 的动态校准 方法
根据 以上的分析,我们选择了 1 H ,      0 z 0
20 z       0H ,  0H ,  0 H , 0 H ,  0H ,  0 z  50 z 60 z 30 z  4

80 z 10H 作为校准点。现在最为重要的 0H ,  0 z 0 是如何产生动态应变标准值。 在前期的研究中,      我们曾采用制作钢桩, 在标准冲击加速度装置上,用落锤冲击钢桩产
表 1 一组工具式应变计检测数据        应变环 11 07 1号 应变环?6 号

以下是一组工具式应变计检测数据,      它和
静态标定数据存在一定差距。
6号 应变环 06

应变环 0 1 1号
kE 拜/

M 率

LZ H ) 10 0 20 0 30 0 40 0 6 以】 8 的

, ‘、
l E  拌 /

示1 真 、忆 户
266 7. 3 8. 1 1 1 9. 4 3 17 8 3. 6 4 7. 5 7 2.

\E 拌 少

,、 E P

示/ 真 、E 拌
2 5. 9 7
4 1. 0 3 1 5. 4 1

,、 E P
拼 / E 

示} P , 日丈 产 E
3 5. 2 0 4 0. 3 0 1 8. 4 7
6 7 6.

,、 ‘

季/ 真 \ E  拌
2 0. 8 5 4 4. 7 2 1 8. 4 4 17 5 3. 6 5 8. 5 . 31

2 12 8 . 3 8. 0 0
1 4. 4 4

2 3. 9 0 3 17 9 . 1 3. 4 0 1 8. 3 0 6 7 7. 5 3 3.

3 5. 2 0 4 2. 1 0
1 4. 4 8

1 7. 3 6

1 8. 3 7
6 3 8.

1 . }1 . 32 8 35 7
6 0 7.

6 9 7. 5 5 3.

5 1 5.

5 . 39

5 . 30

1 9. 7 9 4 12 6 . 1 5. 4 6 1 8. 3 2 6 . 80 5 0 4.

4 工具式应变计应变校准的不确 定度评定
标准动态应变由下式给出:     
e=HL       

不确定度为:
. u 二

(r 会 + ( x ) u)  卜u )六 (x) “



, 、s



_ 、z

因各项不相关,      显然, 各项 C=1上式简 ; ,
化为:

式中:

r      一振动台的振幅( 单峰) ;

u= u ) (()      r)+ uL) , 丫(( 2 2
式中: r %, L为1 %, u) ( 为1 u ) . ( 2
可得: , u =了( ()  uL ) =15% u r)+( ( )  . 2 2 6
扩展不确定度:      U =47      K =3 . %( )
.2 。 5

L 一基长( 此为固定端到振动台面的间距)
其合成标准不确定度 u可依据方程: 。

。=\)( :‘x ? 、, , ‘ ,m ’ 卜 , a一 - } '
万方数据

习C 2 ‘ () 孙( ) 1 二

式中:二( , , , )C为 f X的偏导数 Y f I 2 二X ,  对 ; XX * . ;
因此, 动态应变装置的 在(I 二, ) X, ," .处的值, X 2 X


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